Производство, транспорт и потребление электроэнергии. В 3 ч. Ч.1 Производство и транспорт электроэнергии

Область применения: РУ 110–220 кВ электростанций при числе присоединений до 12 и подстанций при 7–5 присоединениях. При числе присоединений 12–16 секционируется одна система шин, при большемколичествеприсоединенийсекционируютсяобесистемышин.

Схемы электрических соединений АЭС

Электрические схемы АЭС аналогичны схемам КЭС с мощными агрегатами. Они строятся так же по блочному принципу. Всю вырабатываемую энергию, за вычетом собственных нужд, отдают в сети повышенного напряжения; требуют повышенной надежности питания собственных нужд. Они так же, как и КЭС, недостаточно маневренны и не приспособлены к переменному режиму. Могут работать по свободному графику, не зависят от выработки тепла; потребляют мало топлива, т. е. имеют простую систему топливоснабжения; для них характерны небольшие выбросы в атмосферу, за исключением аварийных режимов, они автономны, привязываются только к источнику воды. Устанавливаются простые или укрупненные энергоблоки (на один трансформатор два генератора). На повышенном напряжении применяется схема «две системы сборных шин с обходной», а также схемы четырехугольника, пятиугольника с выключателями в сторонах многоугольника, с большим количеством выключателей и вариантов соединений.

Схемы электрических соединений ГЭС

Электрические схемы ГЭС строятся по блочному принципу с простыми и укрупненными энергоблоками. В укрупненном энергоблоке к одному трансформатору подключаются два–три генератора.

На генераторном напряжении имеются ответвления для питания собственных нужд.

Всю электроэнергию отдают в сети повышенных напряжений. Они отличаются простым технологическим процессом и высо-

кой степенью автоматизации.

Могут работать по свободному графику нагрузки для покрытия пиковой части графика нагрузки в непаводковый период.

ГЭС высокоманевренны. Разворот генератора и набор нагрузки осуществляется за 5–10 мин.

90

ГЭС проектируется на расчетную мощность водотока.

В ГЭС ограничена площадь для размещения распределительных устройств. Распределительные устройства высшего напряжения располагают за пределами ГЭС.

Распределительные устройства собственных нужд намного проще, чем на тепловых станциях.

Схемы электрических соединений ГАЭС

Гидроаккумулирующие станции работают в паре с атомными электростанциями или крупными КЭС. Агрегаты гидроаккумулирующих станций работают в двух режимах:

1-й режим – турбинный – турбина используется как турбина, а генератор как генератор;

2-й режим – насосный – генератор переводится в двигательный режим и потребляет энергию из сети, например, от атомной станции. А турбина работает в насосном режиме, перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее, создаваязапас потенциальнойэнергии.

ГАЭС могут выполняться с отдельными двух машинными агрегатами длятурбинногоинасосногорежима исобратимымиагрегатами.

Схема электрических соединений должна обеспечить отдачу электроэнергии в сеть при генераторном режиме так же, как на обычной гидроэлектрической станции.

В двигательном режиме генератор должен обеспечить противоположное направление вращения агрегатов по сравнению с генераторным режимом и обеспечить плавный запуск. Для плавного пуска в двигательном режиме применяются статические преобразователи частоты. Возможно применение прямого асинхронного пуска синхронных двигателей (обращенных синхронных генераторов) или пуска при пониженном напряжении с использованием реакторов и автотрансформаторов. При использовании статических преобразователей частоты расчетная мощность СПЧ составляет 10 % от номинальной мощности генератора.

Вопросы

1. Что такое электрическая станция? От чего зависит выбор главной схемы электрических соединений?

91

2.Каким требованиям должны удовлетворять схемы распределительных устройств?

3.Назовите основные достоинства и недостатки схемы с одинарной несекционированной системой сборных шин?

4.Для чего предусматривается возможность шунтирования секционных реакторов разъединителем или выключателем в схемах ТЭЦ 6–10 кВ.

5.Опишите достоинства и недостатки схемы с двойной системой сборных шин.

6.Назовите основные особенности построения схем электрических соединений конденсационных электростанций.

7.Назовите достоинства и недостатки двойной секционированной системы сборных шин.

8.Назовите основные особенности схемы электрических соединений конденсационных элекрических станций с двойной рабочей системой шин с обходной.

9.Назовите основные особенности схем электрических соединений ГЭС, АЭС.

92

6. СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Собственные нужды (СН) – это приводные электрические двигатели механизмов, их источники питания, внутрицеховые электрические сети, распределительные устройства установок и т. д. На тепловой схеме тепловой электростанции показаны некоторые приводные электродвигатели механизмов собственных нужд.

Механизмы СН подразделяются на ответственные и неответственные.

Ответственные механизмы – это основные рабочие механизмы паротурбинной установки, изображенные на рис. 6.1 и включающие котельную установку, паровую турбину, генератор, электродвигатели насосов, вентиляторов, насосов смазки подшипников, а также:

электродвигатели компрессоров водорода, насосов охлаждения водорода;

питательные, конденсатные, циркуляционные насосы, масляные насосы системы смазки турбины и генератора, насосы газоохлаждения турбоагрегата;

дымососы и дутьевые вентиляторы котлоагрегата, вентиляторы первичного воздуха;

вентиляторы охлаждения генератора и трансформатора;

резервные возбудители – двигатель-генераторные установки постоянного тока для питания цепей возбуждения генераторов;

аварийное освещение;

зарядные агрегаты, аккумуляторныебатареии аппаратураКИП;

питатели угля, мельницы, мельничные вентиляторы (угольные электростанции), топливные насосы (жидкотопливные станции), сетевые насосы бойлеров;

пожарные насосы.

93

Остановка ответственных машин недопустима, бесперебойность их работы обеспечивается следующими мерами:

питательные насосы котлов приводятся двумя электродвигателями (рабочим и резервным) или двумя рабочими (каждый мощностью по 50 % номинальной). В мощных энергоблоках привод питательных насосов выполняется в виде турбодвигателя с отбором пара от главной турбины, резервный – с электродвигателем на 50 % мощности;

тягодутьевые машины котлов – по два комплекта рабочих машин на каждый котел, каждый номинальной мощностью 50–70 %;

на блок ТЭЦ предусматривается по два рабочих и по одному резервному циркуляционному и конденсатному насосам, применяются асинхронные двигатели вертикального исполнения;

машины топливоприготовления угольных станций при наличии промежуточного бункера допускают остановку от 1,0 до 2,5 ч, привод мельницы выполняется короткозамкнутыми асинхронными двигателями с двухклеточным ротором (в связи с тем, что нагрузка мельниц ударная);

рабочие механизмы систем смазки и регулирования турбины: устанавливают два взаимозаменяемых насоса – рабочий и резервный с короткозамкнутым двигателем и одним аварийным насосом с приводомпостоянного токаипитаниемот аккумуляторных батарей;

источники питания постоянного тока для питания аварийного освещения, резервных электрических приводов выполняются в виде аккумуляторных батарей и всегда готовы к работе.

Потребляемая мощность и расход электрической энергии механизмами собственных нужд:

ТЭЦ на угле: мощность в процентах от номинальной 8–14 %, расход электрической энергии в процентах от вырабатываемой электрической энергии 8–10 %;

ТЭЦ на газе или мазуте: соответственно 5–7 % и 4–6 %;

КЭС на угле: 6–8 % и 5–7 %;

КЭС на газе или мазуте: 3–5 % и 3–4 %;

АЭС: 5–14 % и 3–12 %;

ГЭС малой и средней мощности: 2–3 % и 1,5–2,0 %;

ГЭС большой мощности: 0,5–1,0 % и 0,2–0,5 %.

95

Собственные нужды ТЭЦ. Рассмотрим схему ТЭЦ с двумя генераторами с генераторным напряжением 6 кВ (рис. 6.2). Два распределительных устройства собственных нужд 6кВ РУСН1 и РУСН2 получают питание от распределительного устройства генераторного напряжения РУГН 6 кВ. От этих же шин питаются потребители электроэнергии, расположенные на расстоянии до 10 км.

Рис. 6.2. Электроснабжение собственных нужд ТЭЦ

96

От секций сборных шин РУСН1 и РУСН2 энергия подается на высоковольтные двигатели 1, 2, 3, 4 и т. д. и на трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ. Мощные двигатели получают питание от шин РУСН 6 кВ через высоковольтные выключатели и разъединители. Если РУГН выполнено на 10 кВ, а РУСН на 6 кВ, между шинами должны быть включены понижающие трансформаторы 10/6 кВ. Секция 4 РУСН2 – резервная.

Распределительное устройство низкого напряжения 0,4 кВ РУНН содержит по одной секции на каждый котел и одну резервную секцию. Каждая секция РУ с помощью автоматов может быть запитана от любой секции РУСН 6 кВ. Шины 0,4 кВ служат для питания электродвигателей, потребителей СН и освещения. Резервирование и питание СН производится от шин генераторного напряжения. Число резервных источников (трансформаторов или линий) должно быть по одному на каждый из рабочих источников. К одной секцииРУГН присоединяют1–2 рабочихтрансформатораили линии.

Рабочие и резервные источники присоединяют к разным секциям. Рабочие трансформаторы или линии СН должны без перегрузки обеспечивать питание всех потребителей соответствующей секции.

Мощность резервных источников должна быть больше на 50 % мощности самого мощного трансформатора собственных нужд при подключении к одной секции двух рабочих источников и должна быть равна мощности наиболее мощного источника при подключении к секции одного рабочего источника.

Собственные нужды КЭС. К схемам собственных нужд блочных электростанций предъявляются дополнительные требования (рис. 6.3): схема питания системы собственных нужд должна быть такой же блочной, как и основная электрическая и тепловая схемы; на секциях собственных нужд каждого блока должно осуществляться независимое регулирование напряжения под нагрузкой. Блочный принцип в структуре схемы питания собственных нужд увеличивает надежность работы электростанции, так как при любых режимах работы повреждение любого элемента схемы собственных нужд может привести к отключению не больше чем одного блока.

97

к секциям 1–4 шин РУ6. Начиная с мощности рабочего трансформатора собственных нужд 25 MB и выше, по условиям ограничения токов короткого замыкания трансформаторы обычно выполняются с двумя расщепленными обмотками низшего напряжения или устанавливается несколько трансформаторов меньшей мощности. К этим же секциям подключаются высоковольтные электродвигатели блоков (1–4). Достоинством такого присоединения является уменьшение колебаний напряжения в системе собственных нужд при коротких замыканиях в энергосистеме или за трансформатором блока и сохранение питания собственных нужд от генераторов даже при коротких замыканиях на шинах повышенного напряжения и при отключении от них всех блоков. Каждый блок имеет две секции шин 6 кВ. Q16 и Q17 – секционные выключатели. К этим же парам секций подключаются пускорезервные трансформаторы T4 и T6, которые питаются от шин РУ220 и включаются при пуске станции, когда собственные источники питания еще не включены. Нормальное состояние выключателей Q4, Q8, Q9, Q7, Q14, Q15 – «Отключено». В зависимости от высшего напряжения электростанции и главной схемы электрических соединений возможны следующие места присоединения пускорезервных трансформаторов собственных нужд: 1) сборные шины наиболее низкого из повышенных напряжений при условии, что эти шины могут получать питание от внешней сети энергосистемы при остановке генераторов; 2) обмотки низкого напряжения автотрансформаторов связи при условии допустимости колебания напряжения на шинах РУ собственных нужд при регулировании напряжения автотрансформаторами; 3) сборные шины близко расположенных посторонних источников питания подстанции или станции, однако в этом случае необходима проверка условий самозапуска электродвигателей собственных нужд; 4) ответвления от блока генератор–трансформатор при наличии в этой цепи генераторного выключателя. Нагрузка 0,4 кВ питается от шин BB0,4 0,4 кВ трансформаторных подстанций собственных нужд РУНН.

Собственные нужды АЭС. Ответственные потребители СН делятся на три группы, неответственные потребители относятся к четвертой группе.

1 группа. Система управления и защиты, система КИП и устройства автоматики, реакторы, система дозиметрического контроля;

99